کاربردهای همه جانبه اسید فسفریک | انواع، ویژگی ها، مزایا

بسیاری از مواد غذایی که مردم به صورت روزانه مصرف می کنند حاوی اسید فسفریک هستند، مانند نوشابه های گازدار، محصولات لبنی، گوشت فرآوری شده و غلات. این یک واقعیت مسلم است که مصرف اسیدها، به طور کلی، حداقل برای سلامتی بسیار مضر است. اما اسید فسفریک فقط یک اسید معمولی نیست. این یک اسید معدنی ضعیف بی رنگ و بی بو است. مقدار و غلظت مورد استفاده در فرآوری اقلام غذایی به اندازه ای کم است که هیچ گونه عارضه جانبی ایجاد نکند. این ترکیب به دلیل خاصیت اسیدی کردن مواد غذایی و ترش کردن آنها به عنوان یک افزودنی غذایی مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از کاربردی ترین موارد استفاده از این اسید، بعنوان رسوب زدایی از تجهیزات صنعتی است. در این مقاله، نخست با ویژگی ها و کاربردهای اسید فسفریک به تفصیل آشنا می شویم. در ادامه، به معرفی محصولات دسکالین بر پایه فسفریک اسید است، می پردازیم.

اسید فسفریک (Phosphoric acid) چیست؟

اسید فسفریک (V) یا اسید اورتوفسفریک، با فرمول شیمیایی H3PO4، یک اسید معدنی است. ویژگی های ظاهری آن مایعی شفاف، بی رنگ و بی بو، بی مزه است. فسفریک اسید به عنوان یک محصول جانبی از سنگ فسفات که در چندین مرحله شیمیایی تولید می شود، گرفته می شود. این ترکیب، عموما به عنوان یک اسید ضعیف در نظر گرفته می شود، اما نسبت به ترکیباتی که در معرض آن هستند، مانند یک اسید قوی رفتار می کند. اسید فسفریک به دلیل خواص و کاربردهایش به طور گسترده در صنایع بزرگ به عنوان یک ماده شیمیایی اولیه استفاده می شود. همچنین برای تولید کودهای فسفاته، تصفیه سطوح فلزی، مواد شوینده، داروها و غیره استفاده می شود. این یک اسید تری بازیک است زیرا دارای سه اتم هیدروژن قابل تعویض است. یک ماده فوق العاده مفید است. این جامد کریستالی سفید در دماهای بالا زنجیره های پلیمری را تشکیل می دهد.

همچنین بخوانید:

♣ آشنایی با مواد شیمیایی صنعتی

♣ مروری بر کاربردهای اسید هیدروکلریک در صنایع گوناگون

ویژگی های فیزیکی و شیمیایی اسید فسفریک

این اسید طبیعتی بی بو، بی رنگ و چسبناک دارد. در شکل جامد، با نگه داشتن قوی روی مولکول های آب، خیلی سریع متبلور می شود. در واقع از دانستن اینکه این اسید از مولکول های آب جدا نمی شود شگفت زده خواهید شد. از این رو، به شکل غلیظ، مانند یک مایع بی رنگ شربتی وجود دارد. این اسید میل ترکیبی بسیار خوبی به آب دارد. از این رو، این ماده ای دمنده است و تمایل به جذب رطوبت از هوا دارد. همچنین در تماس با آب یک محلول آبی شربتی تشکیل می دهد. به اندازه اسید سولفوریک یا نیتریک قوی نیست اما در حضور یک نشانگر اسیدیته را نشان می دهد. همچنین از طریق واکنش های اسید-باز، اما نه به سرعت یا شدید اسیدهای معدنی ذکر شده انجام می شود.

انواع اسید فسفریک

شکل خام اسید فسفریک از سنگ های فسفاته استخراج می شود. شکل خالص تر به صورت صنعتی با استفاده از فسفر سفید ساخته می شود. این اسید به شکل خالص، بیشتر به صورت متراکم کمتر و حالت جامد کریستالی یافت می شود. با توجه به ظرفیت متغیر فسفر، عنصر مرکزی، انواع مختلفی از اسید فسفریک موجود در طبیعت وجود دارد یا می توان آن را در آزمایشگاه سنتز کرد.

برخی از رایج ترین انواع فسفریک اسید عبارتند از:

1. هیپوفسفر اسید: ظرفیت فسفر در این اسید 1 و فرمول مولکولی آن H3PO2 است. پایه آن 1 است
2. اسید فسفر: ظرفیت عنصر مرکزی 3 و باز بودن آن 2 است. فرمول مولکولی H3PO3 است.
3. اسید اورتوفسفریک: ظرفیت عنصر مرکزی 5 و باز بودن این اسید 3 است. فرمول مولکولی این اسید H3PO4 است.
4. پیروفسفوریک اسید: ظرفیت عنصر مرکزی 5 و باز بودن این اسید 4 است. فرمول مولکولی آن H4P2O7 است.
5. اسید متافسفریک: ظرفیت عنصر مرکزی 5 و باز بودن این اسید 1 است. فرمول مولکولی آن HPO3 است.

نمک های اسید فسفریک

اسید فسفریک می تواند سه نوع نمک مختلف تولید کند. دو گونه از این نمک ها با یک باز به دلیل وجود اتم هیدروژن خاصیت اسیدی خواهند داشت. اسید فسفریک در صنایع مختلف و همچنین به عنوان یک سیستم بافر pH عالی استفاده می شود. نمک های سدیم آن به عنوان عوامل بافر pH عمل می کنند.فسفات ها، نمک های اسید فسفریک هستند. سه فسفات مهم در زیر بیان شده است:

• فسفات آمونیوم
•  فسفات کلسیم
• فسفات سدیم

در بخش بعد به تفصیل به توضیح هر کدام می پردازیم:

الف) فسفات آمونیوم

مونو آمونیوم دی هیدروژن فسفات یک نمک فسفات معمولی اسید فسفریک است. دی آمونیوم هیدروژن فسفات نیز محبوب است. این فسفات ها زمانی تولید می شوند که آمونیاک بی آب با اسید فسفریک ترکیب شود. بیشترین استفاده از این فسفات ها در صنعت کشاورزی به عنوان کود است.

ب) فسفات کلسیم

فسفات کلسیم از اثر اسید سولفوریک بر روی سنگ فسفات تولید می شود. به آن سوپر فسفات نیز می گویند. این نوع فسفات در صنعت کشاورزی نیز کاربرد دارد. مسئولیت فعالیت های زیر را بر عهده دارد:

• تشویق رشد قوی ریشه
• ایجاد گیاهان سالم تر
• عملکرد بالاتر را تضمین می کند زیرا به عنوان کود سریع عمل می کند
• رسیدن را بهبود می بخشد.
• این به حمایت از گیاهان ریشه، میوه و دانه کمک می کند.
• برای پیوند گل، درخت، قلمه و درختچه است.

ج) فسفات سدیم

کسری از اسید فسفریک با محلول غلیظ هیدروکسید سدیم در نسبت های خاص باعث ایجاد فسفات سدیم می شود. این محصول به شکل کریستال های جامد می باشد. مونوسدیم دی هیدروژن فسفات، تری سدیم فسفات، دی سدیم هیدروژن فسفات و دی سدیم پیروفسفات برخی از فسفات های سدیم رایج هستند.

انواع کاربردهای اسید فسفریک

در این بخش، به بررسی برخی از محبوب‌ترین کاربردهای اسید فسفریک از جمله صنایع غذایی و آشامیدنی، کشاورزی، مراقبت شخصی، دندانپزشکی و داروسازی و غیره می پردازیم.

صنایع غذایی و آشامیدنی

از آنجایی که این ماده مضر نیست، اغلب از آن در صنایع غذایی و نوشیدنی استفاده می شود. از موارد کاربرد آن می توان به عنوان افزودنی غذایی اشاره کرد. همچنین، این ماده به عنوان یک تنظیم کننده اسیدیته در پنیر، گوشت فرآوری شده، مربا، میله غلات و غیره عمل می کند. در نوشابه ها از اسید به عنوان اسیدولانت استفاده می شود که امکان بررسی کامل رشد باکتری ها و رشد قارچ ها را فراهم می کند. در صنعت نوشابه های غیر الکلی، باعث بهبود کیفیت و افزایش ماندگاری می شود. جدای از این، به عنوان یک نگهدارنده عمل می کند و ایمنی و ثبات محصول را تضمین می کند.

همچنین بخوانید:

♣ آشنایی با مبانی فرایندهای شستشو در صنایع غذایی و لبنی

♣ ضدعفونی کننده صنایع غذایی

 کاربرد اسید فسفریک در تولید کود و کشاورزی

 بخش عمده ای از این اسید به صنایع کشاورزی اختصاص می یابد. تقریبا 80 درصد از اسید فسفریک تولید شده در تولید کود به کار می رود. همچنین به عنوان طعم دهنده در خوراک طیور استفاده می شود. در وهله اول، جزء اصلی تولید کودها و عمدتاً فسفاته است. این کودها مواد مغذی فسفر مورد نیاز را به محصولات می دهند که به نوبه خود باعث افزایش رشد محصولات و افزایش عملکرد می شود. فسفریک اسید ممکن است برای تثبیت شرایط خاک و همچنین حفظ سطح pH مناسب برای گیاهان استفاده شود که به نوبه خود جذب مواد مغذی را بهبود می بخشد.

محصولات مراقبت شخصی

از این ماده، به طور گسترده ای در تولید محصولات مراقبت شخصی مختلف از جمله محصولات پاک کننده، عطرها، محصولات حمام، اقلام مراقبت از مو، رنگ ها، محصولات ناخن، محصولات مراقبت از پوست و آرایش استفاده می شود. فسفریک اسید به تنظیم pH و فعالیت باکتری ها در محصولات مراقبت شخصی کمک می کند.

کاربرد فسفریک اسید در دندانپزشکی

دندانپزشکان اغلب از آن به عنوان محلول اچینگ و برای پاکسازی دندان استفاده می کنند. اگر برچسب انواع محصولات شوینده دهان را بخوانید، در لیست مواد تشکیل دهنده با اسید فسفریک مواجه خواهید شد. از این ماده در داروهای ضد تهوع نیز استفاده می شود.

صنعت داروسازی

 اسید فسفریک به عنوان یک واسطه رایج در داروسازی، در دندانپزشکی، سفید کننده‌های دندان، داروهای ضد تهوع و موارد دیگر استفاده می‌شود. این ماده به عنوان یک عامل اسیدی در داروهای مختلف عمل می کند. کاربردهای دیگر عبارتند از: تهیه مشتقات آلبومین در سیمان دندان؛ برای از بین بردن بقایای نکروزه در مایعات دهان شویه؛ برای اسیدی کردن ادرار.

گندزدایی و تصفیه آب

 اسید فسفریک همچنین در تصفیه آب استفاده می شود، جایی که از این اسید برای تغییر مقادیر pH و کنترل قلیایی برای فرآیندهای تصفیه آب آشامیدنی و فاضلاب استفاده می شود. از طریق تعامل با اجزای قلیایی، قادر به مقابله با مواد اسیدی و در نتیجه جلوگیری از خوردگی در لوله ها و سایر زیرساخت ها می باشد. علاوه بر این، در شبکه های آب آشامیدنی رسوب و رسوب ایجاد نمی کند، بنابراین جریان روان و کیفیت آب را در دراز مدت تضمین می کند.

همچنین بخوانید:

♣ تصفیه فاضلاب صنایع و کارخانجات | چالش ها و راهکارها

♣ گندزدایی آب و فاضلاب

تولید مواد شیمیایی صنعتی

 اسید فسفریک توسط صنایع شیمیایی برای ساخت چندین ترکیب از جمله فسفات ها، مواد شوینده و بازدارنده های شعله استفاده می شود. فسفر ماده اولیه ضروری در ترکیبات است که در ساخت صنایع متعددی مانند نساجی، سرامیک و متالورژی کاربرد دارد. علاوه بر این، این اسید در تصفیه سطوح فلزی و کاربردهای مهار زنگ استفاده می شود.

ذخیره انرژی و باتری

استفاده از این اسید در انجام ذخیره‌سازی انرژی، به‌ویژه در تولید باتری‌های سرب اسیدی، امروزه کاربرد بسیار گسترده‌ای دارد. الکترولیت در طول چرخه های شارژ و دشارژ این باتری توسط یون ها جذب می شود. وجود الکترولیت‌های مبتنی بر اسید فسفریک به باتری اجازه می‌دهد تا پایداری، کارایی و طول عمر خود را حفظ کند، از این رو باتری‌های اسید سرب برای کاربردهایی مانند موتورهای خودرو و مخابرات مناسب می‌شوند.

فرآیندهای متالورژی

اسید فسفریک یک ماده حیاتی است که در صنایع فلزی مانند تولید فولاد و تصفیه سطح فلز استفاده می شود. فسفریک اسید به عنوان یک عامل ترشی برای حذف اکسیدها، فلس ها و سایر ناخالصی های سطحی از فلزات مانند فولاد، آهن و آلومینیوم استفاده می شود. همچنین در فرآیندهای تصفیه سطح فلز برای تقویت چسبندگی و بهبود مقاومت به خوردگی پوشش هایی مانند رنگ ها، پرایمرها و آبکاری های فلزی استفاده می شود.

زنگ بری از فلزات

استفاده های دیگر زدودن زنگ رسوب قهوه ای مایل به قرمز روی آهن و فولاد نیاز به مواد شیمیایی قوی برای حذف آن دارد. در بین اسیدهای مختلف، بیشترین کاربرد را در از بین بردن زنگ زدگی دارد. این واکنش معمولاً شامل تبدیل اکسید آهن مایل به قرمز به ترکیبی سیاه رنگ به نام فسفات آهن است. این ماده سیاه را می توان به راحتی جدا کرد و فلز محافظت می شود.

کلام آخر:

اسید فسفریک یک ترکیب بی رنگ، بی بو و غیر آلی است. عمدتاً به صورت محلول آبی با غلظت حدود 85 درصد یافت می شود. فسفریک اسید، بعلت دارا بودن خواص منحصر به فرد و تطبیق پذیری بالا، در طیف گسترده ای از زمینه ها، به ویژه کشاورزی و مواد غذایی به کار می رود. اما یکی از مهم ترین کاربرد های آن، حذف رسوبات کربنات کلسیمی از تجهیزات صنعتی مانند بویلرها، مبدل های حرارتی، برج های خنک کننده و غیره است. شرکت آرال شیمی، در این خصوص، محصولات محتلف رسوبزدا بر پایه اسیدهای مختلفی از جمله اسید کلریدریک، اسید نیتریک و فسفریک اسید را تولید و به بازار عرضه کرده است. محصول دسکالین 201 برای از بین بردن رسوبات سطوح بیرونی و دسکالین 202 برای رسوبزدایی از مبدل های حرارتی را ارائه کرده است.